Schutz vor oxidativem Stress

Aufgrund der hohen Hämoglobinkonzentration ist die Sauerstoffspannung in Erythrozyten sehr hoch. Dadurch ist jeder Erythrozyt einem permanenten oxidativen Stress ausgesetzt, der durch den hohen Eisengehalt der Zellen noch verstärkt wird. Aber auch allgemein ist ein Schutz vor oxidativem Stress von Bedeutung.

Bei der ständig in einem gewissen Ausmaß spontan ablaufenden Methämoglobinbildung entstehen auch Superoxidanionen. Diese Anionen sind Sauerstoffradikale. Sie gehören zu den reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) und stellen die Ausgangsmoleküle für die Bildung von weiteren ROS dar. Um die schädigende Wirkungen der ROS auf ungesättigte Fettsäuren und Proteine in Grenzen zu halten, verfügen Erythrozyten und andere Körperzellen über die Enzyme Superoxiddismutase, Katalase und Glutathionperoxidase, die ROS wie Superoxidanionen (O₂^–•), Peroxidanionen (O₂^2–) und Wasserstoffperoxid (H₂O₂) beseitigen.

Methämoglobin wird enzymunabhängig von Glutathion oder auch enzymabhängig mithilfe der Methämoglobinreduktase wieder in Hämoglobin umgewandelt.

Glutathion ist das wichtigste Antioxidans in Erythrozyten. Die funktionelle Gruppe, die für den oxidativen Schutz von Bedeutung ist, ist die freie SH-Gruppe des Cysteinrestes. In Erythrozyten reduziert die Thiolform des Glutathions (GSH) unabhängig von Enzymen das Fe³⁺ des Methämoglobins, aber GSH wird auch von der Glutathionperoxidase als Elektronendonator genutzt. Wird die SH-Gruppe des GSH oxidiert, dann lagern sich 2 GSH-Moleküle zum Disulfid (GSSG) zusammen. Regeneriert wird GSH in einer von der Glutathionreduktase katalysierten Reaktion unter Verbrauch von NADPH + H⁺, das aus dem Pentosephosphatweg stammt.

Die Methämoglobinreduktase reduziert das zentrale Fe³⁺ des Methämoglobins zu Fe²⁺. Das Reduktionsmittel für diese Reaktion, NADH, stammt aus der Glykolyse.